Базова інформація, отримана при проведенні КТ, є послідовністю двовимірних цифрових зображень. Кожен елемент зображення є функцією рентгенологічної щільності об’єкта дослідження у відповідній точці q (x, y, z), представленої в градаціях шкали сірого кольору. Ці зображення зберігаються і передаються у вигляді серії файлів формату DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine).
Звичайно, томографічні зрізи мають рівну товщину (наприклад один зріз на міліметр або 1 градус повороту трубки) і однакову кількість пікселів на кожен зріз. Після їх упорядкування в діагностичному програмному забезпеченні (томографічна реконструкція) створюється об’ємний блок, представлений регулярною сіткою вокселей, який характеризується різною інтенсивністю поглинання і відображають структуру об’єкта дослідження в об’ємному вигляді.
Малюнок 1. RAW-CT зображення, отримане з конусно-променевого комп’ютерного томографа
Найпростішим варіантом графічного представлення отриманої об’ємної структури є Мультипланарна реконструкція. Програмне забезпечення може провести розтин отриманого обсягу під різними кутами, створивши нові серії гомографічніх зрізів (реформат) в різних площинах. Зазвичай при мультипланарній реконструкції розтин проводять в стандартних ортогональних площинах: фронтальній, сагітальній, горизонтальній (аксіальній), проте сучасне програмне забезпечення дозволяє здійснювати їх в будь-яких площинах, в тому числі криволінійних. Програмне забезпечення дозволяє легко переміщатися по зображеннях в будь-якій площині, контролюючи при цьому положення зрізу або довільно обраної точки в інших площинах.
Малюнок 2. Мультипланарна реконструкція даних КПКТ: аксіальний, сагітальний, фронтальний і призначений для користувача перетин пацієнта. Контроль хірургічного втручання субантральної аугментації і дентальної імплантації.
Для графічного представлення окремих анатомічних структур у вигляді віртуальних тривимірних об’єктів застосовують техніку об’ємного (3D) рендерингу. Для цього оператор визначає порогові значення рентгенологічної щільності (наприклад, ті, що відповідають щільності кісткової тканини). Після цього проводиться побудова тривимірної моделі, відповідної заданому діапазону рентгенологічної щільності. Стандартним математичним алгоритмом, який використовують для перетворення набору вокселей на полігональну модель, є метод маршируючих кубів (Marching cubes). Для розуміння особливостей побудови тривимірних зображень розглянемо алгоритм, який застосовується в програмному комплексі SIMPLANT.
В основі обробки комп’ютерного зображення та створення тривимірної моделі в цьому програмному комплексі є вибір діапазону сегментації (Thresholding), який виділяє в окрему маску пікселі зі значенням сірого в заданому діапазоні. Низьке значення межі діапазону сегментації дозволяє виділити м’які тканини пацієнта, високе значення – тільки тверді тканини (кістки, зуби). Змінюючи верхню і нижню межі діапазону сегментації, можна виділяти окремі структури: губчастий і кортикальний шар, канал нижньощелепного нерву, орбітальну порожнину тощо. При виборі діапазону сегментації можна спиратися на середні дані. Для більшої точності можна застосувати аналіз рентгенологічної щільності уздовж профільних ліній, проведених через досліджувані структури.
Спеціальний інструмент програми SIMPLANT дозволяє розділити сегментацію в межах обраного діапазону на кілька об’єктів (масок) і прибрати окремо розташовані пікселі.
Змінюючи порогові значення рентгенологічної щільності і методи графічної обробки зображення, можна створити складні, багатокомпонентні моделі, що складаються з окремих елементів, які відповідають кісткам, м’язам, дихальним шляхам, судинам тощо. Деякі моделі виділяють різним кольором і змінюють їх прозорість для отримання максимально наочного і простого для сприйняття зображення об’єкта дослідження.
Малюнок 3. 3D реконструкція за даними КПКТ: кісткова модель, м’якотканинна модель, об’ємна модель дихальних шляхів.
Досвід створення віртуальних моделей за даними томографії свідчить, що кістки лицьового черепа, які є основним об’єктом дослідження в щелепно-лицевій хірургії, – це геометрично складні, неоднорідні утворення, що містять велику кількість внутрішніх порожнин. Деякі елементи анатомічних структур мають розміри, які можна порівняти з розширенням сучасних томографів або менше. Залежно від обраного діапазону сегментації, окремі елементи можуть бути об’єднані або, навпаки, при збільшенні порогового значення один елемент анатомічної структури може бути представлений у вигляді декількох окремих елементів. Важливе значення в процесі створення віртуальних 3D-моделей має попередня оцінка якості томографії, виявлення наявних артефактів і їх усунення в процесі обробки графічного зображення.
Програмний комплекс SIMPLANT містить широку панель інструментів для редагування моделі як на етапі створення маски сегментації, так і безпосередньо в режимі 3D. Існує додаткова можливість згладжування поверхні, заповнення пустот, а також апарат булевих операцій, що дозволяє об’єднувати маски, відокремлювати одну маску від іншої і визначати ділянки перетину різних об’єктів.
При цьому правильне визначення меж об’єкту дослідження і створення високоточної віртуальної тривимірної моделі вимагає точного знання особливостей його нормальної і патологічної анатомії, топографічних співвідношень різних анатомічних структур і особливостей подання їх зображень на томограмі, особливостей проведення дослідження з урахуванням типу томографа, що застосовується причин виникнення артефактів і недоліків томографічного зображення.
Продовження статті читайте ТУТ.